金属粉末冶金技术介绍
粉末冶金成形技术作为一种应用广泛的精密成形技术，具有少无切屑加工、材料利用率高、制造过程清洁高效、生产成本低的优点，并可制造形状复杂和难以加工的产品。粉末冶金技术通过灵活可变的材料配方实现零件的独特性能，特别适用于复合材料的制备。实践表明，通过对批量生产过程的精确控制，可使粉末冶金产品达到很高的精度并兼有良好的尺寸一致性。经精整后的零件精度达IT6-IT7级，经复压复烧精整后的零件精度可达IT5-IT6级。粉末冶金齿轮的精度可达滚齿加工的相同精度。粉末冶金零件的表面粗糙度可达到Ra1.0-6.3。由于粉末冶金成形具有这些独特的优越性，粉末冶金成形的新工艺新技术的研究受到国内外工业界和学术界的重视。为了进一步提高粉末零件的质量和性能，预测粉末在不同工艺条件下的成形规律，国外早在八十年代初期就有采用有限元法分析粉末冶金烧结材料变形的报道，经过三十年的发展，在粉末压制过程数学建模、材料屈服准则等方面取得了一系列成果。进行粉末压制过程的物理模拟和数值模拟，具有重要的理论和实际意义。一方面，通过理论分析和大量实验建立的准确数学模型，可以更精确地了解粉末压制过程的致密化机理，较为精确的预测金属粉末冶金材料压制零件的弹性变形，为提高零件精度，对于压制工艺的制定和模具的设计，改进和创立新工艺以获得更高致密度和均匀的粉末压坯具有重要的理论指导作用。另一方面，由于材料性能要求的多样性导致粉末成分、制备工艺的多样性和复杂性，数值模拟可以响应市场需要快速开发粉末冶金新产品提供有力的技术支持，大大减少试验工作量，缩短新材料、新产品开发周期。获得国家自然科学基金项目\"金属粉末高致密化精密成形系统技术基础及应用\" （项目下达编号50135020）、国家高技术研究发展计划(863计划)课题\"高性能粉末冶金材料温压精密成形技术\"（项目下达编号2001AA337010）、广东省攻关十五重大专项项目\"高性能高精度粉末冶金零件先进制造技术及其关键设备研制\"（项目下达编号A1040203）、教育部科学技术研究重大项目\"粉末冶金温压成型技术\"（教技司[2
002]78号）等的研究资助。
在金属粉末压制过程所涉及到的诸多非线性因素中，粉末材料塑性流动的特殊力学性质是最为基本的。由于此类材料与常见的致密金属、一般流体以及有机材料等有很大差异，因此目前尚没有成熟的力学模型可供使用，国际上对此问题尚处在探索阶段。
首先，粉末体材料的力学性质十分复杂。在松散状态下，粉末颗粒之间相互离散，粉末体在轻微外力作用下就能够流动，不保持一种固定形状。但粉末体的力学性质与普通流体又有着本质区别。例如，根据帕斯卡定律，受到压力载荷的静态流体对各方向的压强是均一的，而粉末体则完全不符合该定律，至于流动规律和体积变化规律，粉末体更加与普通流体迥然不同。随着压制过程的进行，粉末体密度逐渐增加，颗粒之间互相勾连和吸附，从而渐渐在整体上表现出致密金属的力学性质。因此，粉末体材料的塑性流动力学性质既不同于流体，又不同于致密金属，。由于金属粉末体材料的上述特点，其力学建模工作有相当难度。一种能够准确、可靠地反映金属粉末力学性质的力学模型尚未得到广泛认可。
其次，压制过程存在着较强的几何非线性因素。粉末体的初始相对密度通常在0.4到0.5左右，最终相对密度通常为0.8到接近1。这样大的密度变化意味着在材料内部存在着较大的位移和应变，因而常用的小位移、小应变假设不能用于此类问题的求解，必须在求解过程中考虑几何非线性因素。此外，在模具的尖角和凹槽部分，粉末的力学性质和流动状态变化剧烈，是产生数值奇异性和网格畸变的重要因素。
最后，粉末压制问题的边界条件相当复杂。随着压制的进行，粉末体与模具的接触区域会不断变化，模拟过程中需要动态判断它们之间的接触和分离。同时，粉末与模具之间的摩擦是否能够按照常用的库仑摩擦规律处理，其摩擦系数与粉末密度的关系如何，也是模拟工作涉及到的问题之一。
